LTE网络与数字调度通信系统互联互通研究

孔宾

（朔黄铁路发展有限责任公司 检测和救援中心，河北 肃宁 062350）

LTE网络与数字调度通信系统互联互通研究

孔宾

（朔黄铁路发展有限责任公司 检测和救援中心，河北 肃宁 062350）

介绍朔黄铁路建设开通的LTE新型移动通信系统和既有数字调度通信系统，以及LTE网络与数字调度通信系统互联互通的意义；针对朔黄铁路数字调度通信系统的工作方式、LTE网络无线调度语音业务的实现方式、LTE网络无线调度与数字调度通信系统的互联方案进行技术分析；展望基于LTE网络的高级语音业务、调度命令传送业务、无线车次号传送与列车位置追踪业务的未来。

LTE网络；数字调度；通信系统；互联互通；铁路通信；朔黄铁路

1 背景

1.1 朔黄铁路建设开通LTE网络的目的

朔黄铁路作为我国“西煤东运”第二大通道的重要组成部分，对国家煤炭运输发挥着重要作用。根据国家经济建设对煤炭能源的需求，国家发展和改革委员会批准了朔黄铁路年运量3.5亿t扩能改造。改造完成后，朔黄铁路将开行2万t货运重载列车，以大幅提高铁路运输能力。

朔黄铁路使用800 MHz+400 kHz无线通信系统提供万吨列车机车同步操控传输通道，其存在容量小、安全可靠性较差、通信距离短等问题，无法满足开行2万t列车的需求，迫切需要建设一套新型宽带移动通信系统，为朔黄铁路大幅度提高铁路运能，打造绿色、高效、数字化铁路提供技术支撑。

1.2 LTE新型移动通信系统

朔黄铁路LTE新型移动通信系统由LTE网络主系统、配套通信系统、电力系统和房建等部分组成；技术方案采用共站址双网冗余组网覆盖，A、B网业务负荷分担方式。LTE网络系统建成后，可实现神池南站—黄骅港站近600 km铁路沿线的4G专网信号覆盖，为无线重联、可控列尾、调度语音呼叫和视频监控等2万t列车机车业务提供可靠通信平台。

1.3 数字调度通信系统

朔黄铁路数字调度通信系统采用综合接入设备，将沿线各站的专用通信业务集中起来，利用数字信道连接各种业务，汇集到通信枢纽点，再分配到相应的业务网，以一种接入设备替代了以前的多种设备，简化了专用通信系统的结构，提高了信道的利用率，满足了沿线车站的通信需求。数字调度通信系统分为枢纽主系统与车站分系统两部分，其结构示意见图1。目前，朔黄铁路发展有限责任公司的枢纽主系统位于网管中心，车站分系统位于沿线各车站机械室。

图1 数字调度通信系统结构示意图

1.4 LTE网络和数字调度通信系统互联互通的意义

朔黄铁路LTE网络为铁路运输提供了数字化无线通信平台，提出了与数字调度网络互联互通的要求。既有无线列调系统采用的一台大功率发射机覆盖方式，易在山区、高路堑、隧道等特殊地带形成盲区，影响正常行车。因此，利用新建LTE网络覆盖面更广、时延更少和话音质量更好的特点[1]，提升朔黄铁路无线调度通信的可靠性，进一步保障行车安全是大势所趋[2]。因此，做好LTE网络和数字调度通信系统的互联互通极其必要。

2 互联互通技术分析

2.1 数字调度通信系统的工作方式

根据朔黄铁路的自身结构和调度业务特点，数字调度通信系统采用数字环组网方式（见图2），其特点是结构简单、实现容易、节省传输通道，可以采用自愈环进行自我保护，稳定性较高。从图2可以看出，多个数字调度通信系统通过E1数字中继接口相连，数字调度分系统1的下行E1口经过数字传输通道连接到数字调度分系统2的上行E1口，数字调度分系统2的下行E1口经过数字传输通道连接到数字调度分系统3的上行E1口，如此串接到最后一个数字调度分系统n的上行E1口，分系统n的下行E1口经过另外一条数字传输通道直接连接到分系统1的上行E1接口。这样n（n≤10）个分系统就构成了一个封闭的数字环。

一般情况下，通信使用下行E1通道，数字调度通信系统实时监测2M端口的通信状态，当监测到数字环下行E1通道某处断开时，立刻切换至上行E1通道进行通信，从而保证数字环任何一处断开都不会影响正常通信，切换时间为毫秒级。在数字调度分系统中，一个2M数字环有27个中继时隙可作为话音时隙使用，为保证呼叫成功，通常情况下一个数字环可按6~10个车站设计[2]。

图2 数字环组网方式示意图

2.2 LTE网络无线调度语音业务的实现方式

朔黄铁路LTE网络通过P-GW网关与2台互为冗余的PoC服务器互联，作为无线语音业务的数据通道。PoC服务基于SIP协议定制的VoIP系统，利用LTE网络无线数据网的包交换能力完成语音服务。LTE网络终端在完成网络接入并与P-GW建立专用承载通道后，向PoC服务器发起注册。注册是将终端联系方式细节（例如IP地址）提供给PoC服务器，并且进行用户的认证工作。

终端发起一个语音通信进程，从发出SIP邀请指令开始。这个邀请被发送到PoC服务器，定向到收件人，收件人作出接收或拒绝响应。如果SIP会话建立成功，会话参加者的语音将以数据包的形式通过PoC服务器进行交换，会话结束通信终止。

2.3 LTE网络无线调度与数字调度通信系统的互联方案

2.3.1 数字调度通信系统升级

数字调度通信系统升级需实现双中心数字环组网，并更换调度所和车站触摸式调度台。

对朔黄铁路既有MDS3400主系统和LTE网络试验段设置的MDS3400主系统升级扩容，将各车站分系统既有数字环打开的同时，接入2套MDS3400主系统，以提高调度系统的安全可靠性。组成双中心数字环组网后，需要为备用FAS主系统增配一台16通道录音仪，实现对12个调度台进行录音。

2.3.2 PoC服务器与数字调度通信系统互联

PoC服务器与数字调度通信系统互联结构见图3。在调度所通过SIP中继实现2套数字调度主系统使用AG设备与2套PoC服务器交叉连接。PoC服务器通过华为S5700交换机，与数字调度通信系统的接入网管相连。由于PoC服务器与FAS主系统均为双中心，需配置建立交叉互联路由。

配置AG1至FAS主系统的路由DSS1⑤以及AG1至PoC服务器的IP路由IP③与IP④：

（1）IP中继线配置：创建IP中继线，中继线序号3361~3420。

（2）IP中继群配置：创建2个IP中继群。一是中继群序号3361，IP地址设置PoC1的地址，IP端口设置为5060，包括IP中继线3361~3390；二是中继群序号3362，IP地址设置PoC2的地址，IP端口设置为5060，包括IP中继线3391~3420。

（3）路由配置：创建路由，路由号2，包括IP中继群3361和3362，发送号码为“149”。

配置IP设备PoC1和PoC2以及AG2至FAS备系统的路由DSS1⑥：

（1）中继线配置：创建DSS1中继线，中继线序号1~30。

（2）中继群配置：创建DSS1中继群，中继群序号1，包括中继线1~30。

（3）路由配置：创建路由，路由号1，包括中继群1，发送号码775。配置AG2至PoC的IP路由IP③和IP④：（1）IP中继线配置：创建IP中继线，中继线序号3361~3420。

（2）IP中继群配置：创建2个IP中继群。一是中继群序号3361，IP地址设置PoC1的地址，IP端口设置为5060，包括IP中继线3361~3390；二是中继群序号3362，IP地址设置PoC2的地址，IP端口设置为5060，包括IP中继线3391~3420。

（3）路由配置：创建路由，路由号2，包括IP中继群3361和3362，发送号码为“149”。

图3 PoC服务器与数字调度通信系统互联结构示意图

2.3.3 基于LTE网络的调度通信系统架构

互联互通后的数字调度通信系统结构见图4。可以看出，互联互通后的数字调度通信系统分为两部分，一是由双MDS中心—调度所—车站值班台组成的有线数字环网，二是由双MDS中心—双PoC服务器—LTE网络—LTE网络终端（包括手持台和机车综合无线通信设备CIR）组成的无线网络。将2套数字调度通信系统MDS3400与LTE网络的2套PoC服务器交叉连接，实现在电路域和分组域间的正常通信。

以传统的大三角通信为例，调度员呼叫车站值班员业务是从调度台发起通信，数据经过MDS系统交换寻路，再由有线数字网络呼叫值班台；调度员呼叫司机和车站值班员呼叫司机业务是从MDS系统发起呼叫，通过LTE网络与移动终端完成通信。

3 展望

图4 互联互通后的数字调度通信系统结构示意图

在LTE网络与数字调度通信系统完成对接后，基本调度业务及大部分通信业务可在以LTE网络为基础的平台上实现。LTE网络平台高速率、低时延的特性为新业务开发和应用提供了很大空间。总结LTE网络与数字调度通信系统互联互通的技术和施工经验，可为更多的业务互联提供借鉴和参考。基于LTE网络的未来动态业务如下：

（1）高级语音业务。典型的高级语音业务包括组呼业务、广播业务、多优先级业务（强拆与强插）等[3]。语音组呼业务突破了传统电路域组呼中会议桥资源有限的局限性，列车调度员可方便地组呼调度辖区范围所有车站值班员并通话；车站值班员可组呼三站两区间范围的机车司机并通话，尤其适用于行车调度部门。语音广播业务是基于LTE网络的数据广播业务，列车调度员可向调度辖区内所有机车司机发布语音广播。多优先级业务为通信定义了不同的优先级，高优先级的呼叫可强行插入或终止低优先级的呼叫。

（2）调度命令传送。铁路调度命令是调度所的调度员向司机下达的书面命令。最早因传输手段局限，调度命令由调度员通过电话联系响应车站，车站值班员记录命令，再转交司机。随着模拟通信的应用，调度命令可在机车电台和地面服务器间传送，但模拟无线通信容量小、速度低，不能满足铁路信息化的要求。LTE网络具有高速率、大容量的优势，是车-地间的可靠数据通道。利用LTE网络，兼有数据功能的数字调度终端可将调度命令发送给CIR，作为行车指挥和事故分析的依据。

（3）无线车次号传送与列车位置追踪。无线车次号信息中包括列车运行的公里标信息。车载CIR台通过读取机车安全信息综合监测装置（TAX）数据提取公里标信息，获得列车运行的具体位置，再通过LTE网络将其发送至地面中心，调度员可实时获取列车位置与运行信息，进行位置追踪，为行车安全和指挥提供可靠依据，同时也为移动闭塞技术的研究和应用打下基础。

4 结束语

LTE网络是朔黄铁路打造绿色、高效、数字化铁路的关键技术和基础平台。打造信息化平台必然要求实现LTE网络与数字调度通信系统的互联互通。这不仅是铁路运输信息化的要求，也是无线通信技术本身发展的必然趋势。

[1] 戴源，朱晨鸣，王强，等. TD-LTE无线网络规划与设计[M]. 北京：人民邮电出版社，2012.

[2] 陈姝. GSM-R网络与FAS系统互联互通关键问题研究[D].北京：北京交通大学，2005.

[3] 夏云琦. 铁路无线通信技术向LTE-R的演进[J]. 中国铁路，2012(8)：75-76.

责任编辑 卢敏

On Interoperability of LTE Network and Digital Dispatch Communication System

KONG Bin
（Inspection and Rescue Center，Shuohuang Railway Development Co Ltd，Suning Hebei 062350，China）

This paper introduces the background of inter-operation between LTE network and digital dispatch communication system by elaborating on the aim of opening LTE network during the construction of Shuohuang Railway, the new LTE network mobile communication system, the digital dispatch communication system and the significance of the inter-operation. It analyses, from a technical viewpoint, the working mode of railway digital dispatch communication system of Shuohuang Railway, the realization methods of LTE network wireless dispatch voice service and the scheme for inter-operation between LTE network wireless dispatch and digital dispatch communication system. It also offers an outlook on the future of the advanced voice service based on LTE network, dispatch command transmission service and wireless train number transmission and train location tracking service.

LTE network；digital dispatch；communication system；interoperability；railway communication；Shuohuang Railway

U285.2

A

1001-683X（2017）02-0091-04

10.19549/j.issn.1001-683x.2017.02.091

2016-05-19

孔宾（1984—），男，助理工程师，本科。E-mail：kb.hb@163.com